1

Bab I Pendahuluan

I.1 Latar Belakang

Sistem saraf otonom (SSO) disusun oleh kumpulan neuron yang melintasi baik

sistem saraf sentral maupun perifer, mengatur aktivitas refleks dan motorik viseral

serta perilaku emosional. Istilah tersebut sebenarnya kurang tepat sebab pada

dasarnya sistem saraf otonom tetap bekerja dalam kontrol masukan dari korteks

serebral sehingga terwujud kesetimbangan kondisi internal tubuh atau disebut pula

homeostasis. SSO terdiri dari serabut aferen dan eferen serta neuron sentral di

korda spinalis, batang otak, diensefalon dan otak besar. Secara fungsional, SSO

dibagi atas dua bagian besar yakni simpatik dan parasimpatik. Sebagian besar

organ tubuh dipersarafi oleh serat-serat kedua subsistem tersebut dan umumnya

bekerja secara antagonistik (Arslan, 2001). Salah satu organ terpenting yang

dikendalikan oleh SSO adalah jantung.

Saraf eferen jantung yang berfungsi untuk mempengaruhi ritme jantung adalah

serabut parasimpatik dari n. vagus dan serabut simpatik. Denyut jantung

diturunkan oleh serabut vagal yang berakhir pada nodus sinoatrial (SA) dan

ditingkatkan oleh serabut simpatik melalui adrenoseptor-β1. Setiap potensial aksi

pada nodus SA mengakibatkan terjadinya suatu denyut jantung dan frekuensi

impuls potensial pemacu menentukan frekuensi potensial aksi tersebut

(Despopoulos dan Sibernagl, 2000).

Mekanisme respons otonomik terhadap stimulasi eksternal tubuh dapat

direprentasikan oleh perubahan variabilitas laju jantung. Istilah laju digunakan

dalam hal ini untuk lebih menitikberatkan aspek frekuensi yang akan dikaji.

Variabilitas laju jantung (Heart Rate Variability) – untuk selanjutnya akan disebut

sebagai VLJ – mendeskripsikan variasi antara denyut jantung yang berurutan.

Variabilitas Laju Jantung (VLJ) adalah suatu istilah yang disepakati sejak tahun

1996 untuk mendeskripsikan variabilitas laju jantung melalui fluktuasi interval

RR. Metode tersebut pertama kali digagas oleh Hon dan Lee (1965) yang

menyatakan bahwa distres janin didahului oleh perubahan interval antar denyut

2

sebelum perubahan laju jantung itu sendiri. Selanjutnya metode tersebut

diterapkan sebagai prediktor yang kuat untuk mortalitas pasca serangan infark

miokard akut sejak akhir tahun 1980. Secara umum, metode analisis VLJ terbagi

dua, yakni berdasarkan domain waktu dan domain frekuensi.

Gambar I.1. Sketsa integrasi fungsi otonomik tubuh

Lokasi integrasi utama SSO adalah pada hipotalamus. Hipotalamus adalah pusat

yang mengatur semua proses otonom dan berbagai proses endokrin dalam tubuh,

serta merupakan bagian yang tak terpisahkan dari sistem limbik, sedangkan sistem

3

limbik merupakan gabungan antara struktur kortikal dan subkortikal yang saling

terkait dan memiliki peran utama dalam pengaturan kondisi emosional yang

menyertai respons fisiologis, perilaku dan psikologis. Dalam hal ini termasuk

regulasi atas stimulus eksternal yang akan mempengaruhi SSO (Hendelman,

2006). Stimulus mencapai tubuh dalam berbagai bentuk energi dan mencapai

sistem saraf pusat melalui reseptor organ sensoris utama dan kulit.

Gambar I.2. Sinyal EKG normal dan interval RR

Pada perekaman EKG secara kontinu, interval RR didapatkan sebagai parameter

dasar analisis dalam domain waktu. Dalam VLJ, istilah RR dapat digantikan

dengan NN (normal to normal) yang bermakna interval antar kompleks EKG

yang terdeteksi. Analisis tersebut kemudian dapat dibagi secara statistik atau

geometrik. Durasi pengukuran secara konvensi terbagi dua yakni jangka pendek,

yaitu 5 menit, dan jangka panjang, yakni 24 jam. Pengukuran secara statistik lebih

sering digunakan untuk perekaman jangka pendek atau menengah.

Pengukuran dalam domain frekuensi menggunakan analisis kerapatan spektral

daya atau power spectral density (PSD), yakni bagaimana daya (varians)

didistribusikan sebagai fungsi frekuensi. Metode untuk kalkulasi PSD dapat

dibagi atas parametrik dan non parametrik. Komponen spektral yang digunakan

dalam domain frekuensi diambil dari perekaman selama 2 – 5 menit dan terbagi

atas very low frequency (VLF), low frequency (LF) dan high frequency (HF).

4

Distribusi daya dan frekuensi sentral LF dan HF tidak tetap melainkan dapat

berubah-ubah tergantung modulasi otonomik terhadap periode jantung. Hal yang

patut diingat adalah keempat komponen HRV tersebut mencerminkan derajat

modulasi otonomik dan bukan tingkatan tonus otonom.

Mekanisme regulasi VLJ berasal dari sistem saraf simpatik dan parasimpatik

sehingga VLJ dapat dijadikan sebagai penanda (marker) kuantitatif sistem saraf

otonom. Berdasarkan analisis spektral, terdapat beberapa komponen yang

memiliki interpretasi fisiologis sesuai konsensus yang dihasilkan oleh Task Force

of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing

and Electrophysiology (1996), yakni very-low frequency (VLF; ≤ 0,04 Hz atau

0,003 – 0,04 Hz), low-frequency (LF; 0,04 – 0,15 Hz) mewakili simpatik

barorefleks, high-frequency (HF; 0,15 – 0,4 Hz) mewakili parasimpatik, dan ultra-

low frequency (ULF; 0,0001 – 0,003 Hz). Selain itu, terdapat metode yang

digunakan untuk mendeteksi korelasi rentang panjang (24 jam) pada data seri

waktu yang nonstasioner dan berderau, yakni metode Detrended Fluctuation

Analysis (DFA) (Perfetto dkk., 2006) .

Makna komponen spektral tersebut secara klinis dikaitkan dengan modulasi

otonomik dan kondisi patologis spesifik (Huikuri, 1999). Aktivitas vagal adalah

kontributor utama untuk komponen HF, sedangkan aktivitas simpatik dicerminkan

oleh komponen LF. Rasio LF/HF diyakini sebagai refleksi keseimbangan

simpatovagal (Tikkanen, 1999; Grasso dkk., 1997; Schelven dkk., 2000).

Aktivitas otonomik tersebut dipengaruhi oleh stimulus eksternal sebagaimana

diterakan pada gambar I.1. Salah satu stimulus yang terpopuler dan tersering

adalah musik. Musik telah menjadi bagian tak terpisahkan bagi setiap makhluk

hidup, baik diinginkan maupun tidak diinginkan. Bahkan semasa janin pun, musik

paling primitif yang didengar adalah bunyi detak jantung sang ibu. Musik adalah

susunan bunyi yang diterima oleh individu dan berbeda-beda berdasarkan sejarah,

lokasi, budaya dan selera seseorang. Definisi sejati tentang musik juga bermacam-

macam, misalnya musik diartikan sebagai bunyi yang dianggap enak oleh

5

pendengarnya atau bahkan musik dianggap tidak berwujud sama sekali.

Keterkaitan musik terhadap kehidupan manusia telah banyak diungkapkan oleh

berbagai peneliti, contohnya musik dapat meningkatkan citarasa seseorang

terhadap makanan atau minuman tertentu, mempercepat restorasi dan rehabilitasi

pasien stroke, memicu gairah seksual, membantu penguatan struktur gigi dan

mempermudah proses kelahiran janin (Kompas, 2008).

Musik berkaitan erat dengan status psikologi manusia. Kenyataan bahwa musik

dapat terkait emosi atau mood tertentu adalah fakta yang umum diketahui dan

tidak dapat dibantah (Meyers, 2004). Berbagai penelitian eksperimental telah

dilakukan oleh psikolog musik terkemuka, di antaranya adalah Hevner (1936)

yang telah memaparkan bahwa musik dapat digolongkan berdasarkan delapan

kluster kata sifat. Pada umumnya penelitian-penelitian selanjutnya tentang

hubungan musik dan tubuh dilakukan menggunakan pendekatan psikologi, namun

tidak banyak didapatkan pendekatan neurofisiologi untuk mengeksplorasi hal

tersebut. Metode analisis variabilitas laju jantung sebagai representasi modulasi

status otonomik seseorang merupakan metode yang relatif lebih mudah

diaplikasikan daripada pemeriksaan elektroensefalografi. Ketersediaan perangkat

lunak aplikasi metode tersebut diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam

penelitian pengaruh musik terhadap fungsi otonomik seseorang meskipun hingga

kini jumlahnya masih sangat terbatas dan cenderung bersifat komersial.

Al-Quran sebagai kitab suci pedoman para pemeluk Islam memiliki keistimewaan

tersendiri. Membaca dan mendengarkan Quran dapat memberikan suatu

ketenangan hati dan efek autosugesti. DR. Ahmad Al-Qadhi (1986), seorang

dokter sekaligus peneliti dari Amerika Serikat telah melakukan penelitian tentang

pengaruh Al-Quran pada manusia dalam perspektif fisiologis dan psikologis yang

bertujuan untuk menentukan kemungkinan pengaruh Al Quran pada fungsi organ

tubuh sekaligus mengukur intensitas pengaruhnya jika ada. Hasil eksperimen

tersebut membuktikan bahwa 97% responden, baik muslim maupun non-muslim,

baik yang mengerti bahasa Arab maupun tidak, mengalami beberapa perubahan

fisiologis bermakna yang lebih baik daripada tidak mendengarkan Al-Quran.

6

Dilaporkan pula bahwa Al-Quran memiliki pengaruh positif yang signifikan

dalam menurunkan ketegangan (stres) serta hal tersebut dapat dicatat dan diukur

secara kuntitatif maupun kualitatif. Pembacaan Quran secara tepat mengikuti

aturan baku yang berlaku, yakni tajwid, dapat menghasilkan suatu fenomena

musikal yang khas dan menyebabkan suasana emosi yang teduh bagi

pendengarnya.

I.2 Rumusan Masalah dan Hipotesis

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, masalah yang

ditemukan adalah sebagai berikut:

1. Dibutuhkan sebuah perangkat lunak interaktif yang dibutuhkan untuk

eksperimen respons otonomik individu dengan penerapan metode analisis

variabilitas laju jantung.

2. Bagaimanakah respons otonomik tubuh yang direpresentasikan oleh analisis

variabilitas laju jantung terhadap stimulus eksternal auditorik berupa musik

dan lantunan Quran serta perbedaan respons tersebut antara musik dan

lantunan Quran.

3. Bagaimanakah hubungan respons otonomik yang terjadi dengan kekerapan

mendengarkan dan preferensi seseorang terhadap musik dan lantunan Quran.

Penelitian yang dilakukan didasarkan pada sebuah hipotesis yang ditegakkan dan

hendak dibuktikan, yakni:

“Bahwa respons otonomik tubuh terhadap musik dan lantunan Quran dapat

dievaluasi menggunakan perangkat lunak analisis variabilitas laju jantung.”

I.3 Tujuan dan Manfaat

Tujuan pelaksanaan penelitian dalam kerangka tesis diterakan dalam tujuan umum

dan khusus.

Tujuan umum adalah mengetahui peranan perangkat lunak dalam mendeteksi

respons otonomik individu terhadap stimulus eksternal auditorik berupa musik

dan lantunan Quran.

7

Tujuan khusus:

1. Membuat perangkat lunak yang optimal dan mudah digunakan untuk

implementasi analisis VLJ sesuai kebutuhan dan menampilkan respons

otonomik atas stimulus tersebut.

2. Mendapatkan hubungan antara preferensi individu terhadap musik tertentu

dan lantunan Quran dengan respons otonomik yang ditimbulkan.

3. Mendapatkan perubahan respons otonomik terhadap musik bertipe lembut

dan musik bertipe keras.

4. Mendapatkan hasil analisis respons sampel populasi terhadap tipe stimulus

yang diberikan dan respons tersebut secara individual.

5. Membuktikan bahwa lantunan Quran dapat memberikan respons otonomik.

Manfaat penelitian:

1. Memberikan sumbangsih ilmu pengetahuan mengenai respons otonomik

tubuh terhadap musik dan stimulus auditorik lainnya menggunakan perangkat

lunak dengan mengembangkan sistem neurofeedback berdasarkan analisis

VLJ secara off-line.

2. Menghasilkan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk meneliti respons

otonomik lainnya.

3. Menghasilkan perangkat lunak untuk:

• Inovasi metode psikoterapi melalui stimulus musik yang sesuai kebutuhan

mood pada pasien.

• Memberikan kontribusi ilmiah bahwa Quran memberikan energi positif pada

manusia bila dilantunkan secara baik dan nyaman didengar.

• Memberikan masukan bagi terapi stress dan kelainan psikis lainnya yang

disebabkan pengaruh sistem saraf otonom secara non medikamentosa.

I.4 Batasan Masalah

Penelitan yang dilakukan memiliki batasan masalah sebagai berikut:

1. Respons otonomik yang akan dikaji merupakan perubahan parameter

simpatik dan parasimpatik pada jantung.

8

2. Stimulus musik dipilih menurut kriteria tertentu dan disesuaikan dengan

pelabelan mood oleh situs www.allmusic.com.

3. Subyek penelitian dipilih secara purposif sebab pada dasarnya penelitian ini

ditujukan untuk implementasi awal perangkat lunak analisis VLJ untuk

respons musikal.

4. Metode analisis spektral yang digunakan adalah non parametrik dan

parametrik, namun sesuai kebutuhan penelitian maka yang digunakan adalah

non parametrik.

5. Pembuatan perangkat lunak menggunakan program Matlab v 7.5 sehingga

keterbatasan program juga menjadi keterbatasan perangkat lunak yang dibuat.

6. Data interval R-R didapatkan dengan menggunakan perangkat keras yang

telah tersedia di lab, yakni Biopac®, sehingga pada dasarnya percobaan tidak

dapat dilakukan secara real-time.

7. Penelitian dalam mode tidur sebagai acuan basal tidak dilakukan.

8. Penggunaan perangkat lunak yang telah dirilis secara terbuka di internet dan

diberikan izin oleh Universitas Kuopio, Finlandia untuk digunakan dalam

penelitian ini dijadikan sebagai acuan pembuatan perangkat lunak versi

peneliti.

I.5 Diagram Blok Sistem Penelitian

Gambar I.3. Diagram blok sistem penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan melibatkan tiga komponen utama, yakni subyek

penelitian, perangkat keras dan perangkat lunak, serta ditambah dengan satu

modul pemutar musik dan suara lainnya. Secara lebih mendetil ketiganya

dipaparkan sebagai berikut:

BIOPAC

EKG lead II

SOFTWARE

ANALISIS Respons Otonomik

Subyek

Interval R-R

9

Subyek:

Subyek adalah seseorang yang dipilih berdasarkan kriteria inklusi berikut:

a. Mahasiswa pascasarjana ITB berusia dewasa muda kisaran 25 – 40 tahun.

b. Tidak didiagnosis sebelumnya memiliki gangguan jantung, pernapasan, saraf,

pendengaran dan organ otonom lainnya secara permanen dan mengalami

eksaserbasi akut saat atau selama menjalani percobaan.

c. Saat menjalani penelitian dalam kondisi mood stabil.

d. Bersedia bekerja sama dengan baik dan ikhlas mengikuti prosedur penelitian.

Perangkat keras:

Perangkat keras yang digunakan adalah BIOPAC. Alat tersebut telah tersedia di

laboratorium Teknik Biomedika ITB dan mendapat legitimasi sebagai instrumen

penelitian biomedika. Satu fitur yang dimanfaatkan adalah modul

elektrokardiografi (EKG). Sadapan yang digunakan adalah sadapan tunggal pada

lead II, dengan alasan bahwa sadapan tersebut adalah yang paling optimal untuk

merefleksikan dinamika elektrik jantung pada orang normal.

Perangkat lunak:

Bagian ini adalah sebuah program yang dibuat sendiri oleh peneliti. Sebagai

masukan (input) adalah data interval R-R dalam format teks (*.txt) yang akan

diolah (process) oleh program sehingga menghasilkan keluaran (output) berupa

kesimpulan respons otonomik atas subyek yang diteliti. Secara garis besar,

program terdiri dari beberapa modul, yakni interpolasi data diskrit, analisis

spektral dengan penyaringan derau, analisis dengan teknik detrended, dan statistik

hasil. Semua modul tersebut sedapat mungkin ditampilkan secara GUI dan hasil

akhir berupa respons otonomik dapat dipahami oleh pengguna awam. Bahasa

program yang digunakan adalah Matlab v 7.5.

Respons otonomik:

Respons yang dimaksud dalam hal ini adalah perubahan parameter simpatik dan

parasimpatik akibat perlakuan stimulus auditorik terhadap subyek. Perubahan

yang dimaksud dalam hal ini adalah deviasi numerik dari kondisi sebelum diberi

10

perlakuan atau kondisi terakhir perubahan sebelumnya. Deviasi tersebut

ditampilkan secara kuantitatif menurut rasio perubahan komponen daya spektral,

serta kualitatif, yakni meningkat, tetap atau menurun.

Modul stimulus auditorik:

Subyek mengenakan earphone jenis insert agar meminimalkan derau yang dapat

terjadi. Stimulus auditorik adalah musik dan suara lantunan Quran. Pilihan musik

ditentukan sebelumnya oleh peneliti yang dibagi atas musik jenis lembut dan

keras. Musik dikelompokkan dalam dua jenis lain, yakni lagu dan musik

instrumental. Format musik adalah MP3 yang dijalankan dengan pemutar musik

Winamp v 5.33 dan diperdengarkan dengan durasi lengkap. Khusus mengenai

suara lantunan Quran, metode yang dipilih adalah murottal oleh Imam Ali Al-

Hudhaify dan surat adalah bagian awal dari Al-Baqoroh. Tahapan stimulus dibagi

dalam empat tahap perlakuan dan masing-masing stimulus tersebut

diperdengarkan selama lima menit. Apabila durasi musik tidak sampai lima menit,

maka pemutaran diulang secara otomatis dengan pemilihan tombol repeat track.

I.6 Metodologi Penelitian

Tahapan kegiatan yang dilakukan dalam pelaksanaan penelitian tesis secara umum

dijelaskan sebagai berikut:

1. Studi literatur

Berupa penelusuran studi pustaka baik dari perpustakaan atau internet

mengenai jaras pendengaran, integrasi sentral dan sistem limbik, fungsi

otonom, EKG dan fisiologi jantung, pemrosesan sinyal digital, analisis

spektral, detrending, bahasa pemrograman, musik dan auditorik, serta

pengukuran variabilitas laju jantung.

2. Pembelajaran perangkat lunak acuan

Berupa ikhtiar mempelajari algoritma, performa dan rahasia pemrograman

yang digunakan pada perangkat lunak acuan untuk dapat dikembangkan

selanjutnya.

11

3. Penetapan algoritma

Berupa pemilihan langkah-langkah yang dibutuhkan untuk memproses data

interval RR sehingga didapatkan hasil akhir yang optimal.

4. Pengembangan perangkat lunak

Berupa implementasi dari algoritma yang telah ditetapkan sebelumnya ke

dalam bahasa program dan tampilan antarmuka yang menarik.

5. Persiapan subyek penelitian

Berupa pemilihan subyek berdasarkan kriteria yang telah dijelaskan

sebelumnya. Subyek dipilih tidak secara acak. Subyek dihubungi sebelumnya

dan diminta secara ikhlas untuk mengisi kuisioner dan lembar persetujuan

penelitian. Format lembar tersebut dapat dilihat pada lampiran laporan ini.

6. Pengujian

Berupa pengumpulan data interval RR yang dilakukan di laboratorium Teknik

Biomedika ITB pada naracoba. Naracoba diminta untuk mengisi kuesioner

sebelum percobaan dilakukan. Naracoba lalu diminta istirahat terlentang dan

dipasangkan perangkat keras yang diperlukan. Naracoba lalu diperdengarkan

empat tahapan stimulus musik dengan catatan agar tetap menutup mata dan

tidak bergerak selama setiap tahap. Durasi keseluruhan adalah 40 menit

ditambah jeda di antaranya sekitar 2 hingga 3 menit. Jeda tersebut digunakan

untuk mengisi formulir respons yang telah disediakan. Secara lebih detil

langkah-langkah ini dijelaskan dalam Bab III.

7. Analisis hasil pengujian

Berupa pengolahan data interval RR yang terkumpul dari sejumlah subyek

menggunakan program perangkat lunak yang telah dibuat sebelumnya.

Pengolahan tahap awal menggunakan program HRVAnalysis yang telah

diunduh sebelumnya sebagai acuan. Selanjutnya, penyempurnaan alur dan

bahasa program dilakukan untuk mendapatkan hasil yang sedapat mungkin

identik dengan hasil acuan. Data yang diperoleh juga diolah menggunakan

bantuan program pengolah statistik SPSS v 16.0 for Windows.

12

8. Penyusunan laporan penelitian

Berupa pembuatan buku tesis yang memuat seluruh tahapan yang dijelaskan

sebelumnya dan mengikuti format aturan penulisan yang telah ditetapkan oleh

ITB.

I.7 Sistematika Penulisan Laporan Tesis

Laporan tesis ini terbagi menjadi lima bab. Penjelasan mengenai masing-masing

bab secara singkat dijabarkan sebagai berikut:

Bab I Pendahuluan; membahas mengenai latar belakang masalah, perumusan

masalah, tujuan dan manfaat, batasan masalah, diagram blok, metodologi

penelitian dan sistematika penulisan laporan tesis.

Bab II Teori Dasar; menjelaskan berbagai teori dasar yang digunakan sebagai

acuan dalam melakukan perancangan dan realisasi sistem yang dibagi dalam tiga

bagian besar yakni aspek medis, aspek teknik dan seputar psikologi musik. Aspek

medis meliputi teori tentang anatomi dan fisiologi sistem otonom, anatomi dan

fisiologi jantung, dasar-dasar EKG, stimulus mental auditorik. Sedangkan aspek

teknik meliputi interpolasi, analisis spektral, pengukuran variabilitas laju jantung,

periodogram. Aspek musik yang dibahas tidak ditekankan pada teori musik,

melainkan pengaruh musik terhadap psikis dan klasifikasi mood.

Bab III Perancangan Sistem; membahas tentang perancangan perangkat lunak,

protokol eksperimen dan uji statistik yang akan digunakan.

Bab IV Pengujian dan Analisis Sistem; menjelaskan mengenai pengujian

subyek penelitian sesuai protokol yang ditetapkan dan analisis data yang diperoleh

dengan dukungan program yang telah dibuat dan SPSS v 16.0 for Windows.

Bab V Kesimpulan dan Saran; menjelaskan mengenai kesimpulan menyeluruh

terhadap hasil pelaksanaan tesis berdasarkan hasil-hasil yang telah diperoleh dan

dijelaskan pada bab sebelumnya, serta membahas hal-hal yang perlu dikaji

selanjutnya apabila hendak dilakukan penelitian lebih lanjut.